5.3 光的偏振 教案 (1)

5.3
光的偏振
教案1（鲁科版选修3-4）
一、教学目标
知识目标：
1、了解横波的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。
2、知道光波是横波。掌握自然光、偏振光（全偏振光、部分偏振光）等概念。
3、知道反射光和折射光都是不同程度的偏振光。
4、了解光的偏振现象在生活和科学技术中的重要应用。
技能目标：
1、掌握利用宏观现象的规律研究微观领域中相似现象的科学研究方法。
2、通过光的偏振现象的研究，培养学生善于动手动脑、敢于猜想、喜欢探究的学习习惯和科学的思维方法。
情感、价值观目标：
1、通过“光的偏振现象”的实验探究，懂得科学研究需要实事求是的科学态度和严谨的思维方式。
2、通过了解光的偏振现象的应用，深切体会科学知识的实用价值和掌握科学知识的人生价值，激发学生热爱科学的情怀和刻苦学习的热情。
教学重点
1、横波与纵波的区别（研究光波的基础）；横波的偏振现象。
2、光的偏振现象的实验探究。
3、自然光、偏振光、部分偏振光等概念。
教学难点
1、光的偏振现象的实验探究。
2、运用光的偏振现象分析解决问题。
教学器材
轻绳、纸箱、轻弹簧、纸片、激光发生器、偏振片（起偏器、检偏器）、光屏、半圆形玻璃、平面镜、铁架台。
教学过程
(引子:世界是美好的。由于有了光，自然界才变得五彩缤纷、多姿多彩。但是，可以说我们现在对这个带给我们光明和灿烂的东西知之甚少……)
(一)、提出问题
光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，即光是一种波，但光是横波还是纵波呢？学生根据已有的知识或经验先说一说他们的看法，或者提出验证的设想。
(二)横波与纵波的区别
（学生先说一说两者已知的一些区别。）
1、偏振现象
演示：横波的偏振现象
软绳穿过一个有狭缝的纸箱：
a.狭缝与振动方向平行；
b.狭缝与振动方向垂直。分别在绳上形成一列横波，观察发生的现象。
（两学生配合做）
c.把轻绳换成轻弹簧改用纵波做实验，观察发生的现象。
(1)在垂直于波传播方向的平面上，只有沿着平行于狭缝方向的振动才可通过狭缝，这种现象叫偏振。
(2)只有横波才有偏振现象。
2、在垂直于横波传播方向的平面上，对应着质点无数个可能的振动方向
如图所示。（图略）
（以上两个区别是下面关于光的偏振现象的重要的研究基础。机械波是横波还是纵波可以从现象上直接看出来。光虽然是可见的，但我们不能直接看出它是横波还是纵波。理解好横波的这些特点是探究光的波动形式的关键所在，是本章学习的重要伏笔。）
（三）光的偏振现象
1、探究光是横波还是纵波
研究课题：根据横波和纵波的特点，设计怎样的实验来判断光是横波还是纵波。
猜想与假设：
（学生展开讨论，发表各自的见解。鼓励学生积极思考，大胆假设，提出创新性研究方案。——可提示：利用类似机械波的实验，把宏观规律用之于微观现象的研究。）
选择器材：激光发生器，光屏，偏振片，铁架台。
（原则上来说，只要是平行等距离的细缝都可做偏振片。引导学生思考：对于光来说，对这样的狭缝有什么要求？为什么？
细长的狭缝方向叫“透振方向”，只有沿着这个方向的波才可以通过偏振片。）
实验设计（演示与观察）：
（实验效果预测：实验可能观察效果不是很好。这说明大班教学弊多利少；不是老师超编而是学生超编，每班在20人以下多好啊。）
a.让激光器发出的光通过一块偏振片，使光线投射到光屏上，把偏振片旋动1800，观察屏上光强度的变化情况。
根据以上现象说明光是纵波吗？（可能是纵波？为什么？也可能是横波？又是为什么？）
b.在实验a的情况中增加一块偏振片（前一块偏振片叫起偏器，后一块偏振片叫检偏器），把这一块偏振片转动1800，观察光屏上光强度的变化情况。（两次出现亮度最强，两次出现亮度最暗）
根据以上现象说明光是什么形式的波？（能肯定吗？）
实验结论
(1)光是横波。
(2)偏振光：通过偏振片的光，在垂直于波传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动，这种光叫偏振光。
思维引导：为什么在上面的实验中要用两个偏振片才能检验出光是横波还是纵波，而在机械波的研究中只用一个偏振片就能区分横波与纵波？
(3)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光强度都相同。这种光叫“自然光”。
2、思维拓展(创新实验)
研究课题：研究反射光和折射光的偏振情况。
把激光照射到半圆形玻璃（的半圆面）上，让光分为反射光和折射光。
思维引导：
a.从能量守恒的角度来思考：反射光和折射光应该是自然光还是偏振光？
b.当反射光与折射光垂直时，反射光最弱、折射光最强，你又会猜想到什么？反射光有没有可能是只包含一个振动方向的（全）偏振光？
分别观察通过一块偏振片后透射光强度的变化情况。
实验结论：
(1)自然光通过两种介质的分界面时，反射光和折射光都是不同程度的偏振光。
(2)当反射光与折射光垂直时，反射光是全偏振光（只包含一个振动方向的光），而折射光是部分偏振光（不包含某些振动方向的光）。
（注：以往教材中及许多资料上――如《学法大视野》第50面：“自然光射到两种介质的分界面上，如果反射光与折射光垂直，反射光和折射光都是全偏振光”是不正确的，折射光只有再通过多次折射后才可近似成为全偏振光，参看《光学教程》－－姚啟钧著。新教材中表述为：“自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振程度也有所变化”，这种表述才是科学的。这里所说的“偏振光”显然是指“不同程度的偏振光”，也包括反射光是全偏振光的情况。）
3、知识梳理
自然光――偏振光――横波。
获得偏振光的方法：偏振片；反射与折射。
（四）偏振现象的应用
（1）偏振滤光片
（2）车灯玻璃和挡风玻璃
（3）偏光眼镜（观看立体电影）
（4）拍摄水面景物
（5）液晶显示
板书:
第3节
光的偏振
一、横波与纵波的区别
1、偏振现象
(1)在垂直于波传播方向的平面上，只有沿着平行于狭缝方向的振动才可通过狭缝，这种现象叫偏振。
(2)只有横波才有偏振现象。
2、在垂直于横波传播方向的平面上，对应着质点无数个可能的振动方向。
二、光的偏振现象
1、探究光是横波还是纵波
偏振片
“透振方向”。只有沿着透振方向的波才可以通过偏振片
实验结论
(1)光是横波。
(2)偏振光：通过偏振片的光，在垂直于波传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动，这种光叫偏振光。
(3)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光强度都相同。这种光叫“自然光”。
2、思维拓展(创新实验)
反射光和折射光的偏振
(1)自然光通过两种介质的分界面时，反射光和折射光都是不同程度的偏振光。
(2)当反射光与折射光垂直时，反射光是全偏振光（只包含一个振动方向的光），而折射光是部分偏振光（不包含某些振动方向的光）。
3、知识梳理
自然光――偏振光――横波。
获得偏振光的方法：偏振片；反射与折射
三、偏振现象的应用（思维提升）
1、发明科技、实用产品
2、提高产品质量
3、提高生活质量
4、保护人类少受伤害